JP7346738B2 - Cobalt chemistry for smooth topology - Google Patents

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Description

本明細書に記載される組成物及びプロセスは、一般に、電解析出化学並びにコバルト及びコバルト合金を析出させるための方法に関する。これらの組成物及び方法は、半導体基板内の相互配線特徴部のコバルト系の金属化に使用される。好適な浴添加剤を特定するためのスクリーニング方法もまた記載される。 The compositions and processes described herein generally relate to electrolytic deposition chemistry and methods for depositing cobalt and cobalt alloys. These compositions and methods are used for cobalt-based metallization of interconnect features in semiconductor substrates. Screening methods for identifying suitable bath additives are also described.

ダマシン処理では、基板内に形成されたビア及びトレンチなどの相互配線特徴部を金属充填することによって、集積回路基板内に電気相互配線が形成される。銅は、電子回路のための好ましい導体である。残念ながら、銅がシリコン基板上に析出されると、基板及び誘電体フィルム(SiO又は低k誘電体など)の両方へと急速にこれは拡散し得る。銅はまた、電流が稼働中の相互配線特徴部を通過する場合に1つの場所から別の場所に移動し、空隙及び隆起を形成する傾向を有する。銅はまた、多層装置用途において基板の上部に構築された装置層内に拡散され得る。このような拡散は、隣接する相互配線を損傷する、及び/又は2つの相互配線間の電気的漏れを引き起こす可能性があるため、装置に有害であり得る。電気的漏れは、電気的短絡をもたらし得、相互配線特徴部からの対応する拡散は、電気的流れを妨害する恐れがある。 In damascene processing, electrical interconnections are formed within an integrated circuit substrate by filling interconnect features such as vias and trenches formed within the substrate with metal. Copper is the preferred conductor for electronic circuits. Unfortunately, when copper is deposited on a silicon substrate, it can rapidly diffuse into both the substrate and the dielectric film (such as SiO 2 or a low-k dielectric). Copper also has a tendency to migrate from one location to another and form voids and ridges when electrical current passes through active interconnect features. Copper can also be diffused into device layers built on top of the substrate in multilayer device applications. Such diffusion can be harmful to the device because it can damage adjacent interconnects and/or cause electrical leakage between two interconnects. Electrical leakage can result in electrical shorts, and corresponding diffusion from interconnect features can disrupt electrical flow.

電子装置におけるサイズ低減及び電子装置における所望の性能の増進と共に、電子パッケージ産業において、欠陥がなく低い抵抗率の相互配線に対する需要が重要となってきている。マイクロエレクトロニクス装置内の集積回路の密度が、各世代又はノードで増加し続けるにつれて、相互配線はより小さくなり、それらのアスペクト比は一般的に増加する。バリア層及びシード層を使用するビルドアッププロセスには、ダマシンの銅電気めっきに先立って、より高いアスペクト比の特徴及びより高い品質の電子装置の需要が増加するにつれて、より明らかになる欠点に現状では悩まされている。結果として、欠陥のない金属化を可能にするために、より好適なめっき化学が必要とされている。 With the reduction in size in electronic devices and the increase in desired performance in electronic devices, the need for defect-free, low resistivity interconnects has become important in the electronic packaging industry. As the density of integrated circuits within microelectronic devices continues to increase with each generation or node, interconnects become smaller and their aspect ratios generally increase. The build-up process using barrier and seed layers, prior to damascene copper electroplating, currently has drawbacks that become more apparent as the demand for higher aspect ratio features and higher quality electronic devices increases. So I'm having trouble. As a result, more suitable plating chemistries are needed to enable defect-free metallization.

銅の電解析出によってサブミクロンのビア及びトレンチが充填される場合、周囲のシリコン又は誘電体構造体内への銅の拡散及び電気移動を防止するために、空洞の壁麺上にバリア層を最初に析出させることが一般的には必要である。電着のためのカソードを確立するために、シード層がバリア層の上に析出される。バリア層及びシード層は非常に薄くなり得る。これは、特に電気めっき溶液が促進剤、抑制剤、及びレベリング剤の適切な配合物を含む場合に薄くなり得る。しかしながら、電子回路の密度が増加し続け、ビア及びトレンチの入口寸法がより小さくなると、非常に薄いバリア層及びシード層であっても、入口寸法のより大きな部分を占めるようになる。孔が50nm未満、特に40nm未満、30nm未満、20nm未満、又は更には10nm(8又は9nm)未満の寸法に達すると、空隙及び継ぎ目が全くない銅析出物で空洞を充填することがますます困難になる。最も高度な特徴部は、わずか2~3nmの底部幅、約4nmの中央部幅、及び100~200nmの深さを有するが、換言すればこれは約25:1~約50:1のアスペクト比を有するということである。 When submicron vias and trenches are filled by electrolytic deposition of copper, a barrier layer is first applied over the cavity walls to prevent copper diffusion and electromigration into the surrounding silicon or dielectric structure. It is generally necessary to precipitate it. A seed layer is deposited on top of the barrier layer to establish a cathode for electrodeposition. Barrier and seed layers can be very thin. This can be diluted, especially if the electroplating solution contains a suitable blend of accelerators, inhibitors, and leveling agents. However, as electronic circuit densities continue to increase and via and trench entrance dimensions become smaller, even very thin barrier and seed layers will occupy a larger portion of the entrance dimensions. As the pores reach dimensions of less than 50 nm, especially less than 40 nm, less than 30 nm, less than 20 nm, or even less than 10 nm (8 or 9 nm), it becomes increasingly difficult to fill the cavities with copper deposits completely free of voids and seams. become. The most advanced features have a bottom width of only 2-3 nm, a center width of about 4 nm, and a depth of 100-200 nm, which translates into aspect ratios of about 25:1 to about 50:1. It means that it has.

コバルトの電解析出は、マイクロエレクトロニクスデバイスの製造における種々の用途において行われる。例えば、コバルトは、集積回路基板内に電気相互配線を形成するために用いられるダマシン銅金属化のキャッピングに使用される。しかしながら、コバルト析出物はより高い抵抗率を有するため、このようなプロセスは、一次相互配線構造を提供するために、ビア又はトレンチの充填における銅の電着の良好な代替案を提供していない。典型的な半導体プロセスでは、過剰めっきされた析出物又は過剰量を研磨するために、化学機械研磨/平坦化(CMP)工程は電着後に行われる。粗い又は不均一な表面は、CMPによる欠陥を引き起こす可能性があるため、過剰負荷のための滑らかなトポロジーを有することが重要である。更に、粗い又は不均一な表面は、特徴部と非特徴領域との間の過剰な(OB)厚さにおける違いに起因して特に問題となり得るが、これは通常、運動めっき故に予想される。過剰な厚さにおけるこうした違いは、特徴部の密度で更に強化され得る。 Electrolytic deposition of cobalt is performed in a variety of applications in the manufacture of microelectronic devices. For example, cobalt is used in capping damascene copper metallization used to form electrical interconnects within integrated circuit boards. However, since cobalt deposits have a higher resistivity, such processes do not offer a good alternative to copper electrodeposition in via or trench filling to provide the primary interconnect structure. . In typical semiconductor processing, a chemical mechanical polishing/planarization (CMP) step is performed after electrodeposition to polish away overplated deposits or excess amounts. It is important to have a smooth topology for overloading, as rough or uneven surfaces can cause CMP defects. Additionally, rough or uneven surfaces can be particularly problematic due to differences in over-the-top (OB) thickness between features and non-feature areas, which is typically expected due to kinetic plating. These differences in excess thickness can be further enhanced with feature density.

Doubinaによる米国特許公開第2016/0273117号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、その主題は、電気めっきがボトムアップ機構を介して発生し得る、基板上にコバルトを電気めっきするための方法及び機器を記載している。Doubinaは、所望のめっき効果を達成するために、促進剤と抑制剤との組み合わせ及び特定の導電率を含む、種々のめっき添加剤を使用する。しかしながら、Doubinaは、特徴領域と基板の非特徴領域との間の過剰な厚さの変化を最小限に抑えることが望ましいとは言及しておらず、また所望の結果を得るためのコバルト電解液中の浴添加剤の有効性を評価する任意の方法についても記載していない。 US Pat. The method and equipment are described. Doubina uses a variety of plating additives, including combinations of promoters and inhibitors and specific conductivities, to achieve the desired plating effects. However, Doubina does not mention that it is desirable to minimize excessive thickness changes between feature areas and non-feature areas of the substrate, nor does Doubina mention that it is desirable to minimize excessive thickness changes between feature areas and non-feature areas of the substrate, nor does he mention that it is desirable to There is also no mention of any method of evaluating the effectiveness of the bath additives therein.

Moffatらによる米国特許公開第2009/0188805号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、その主題は、ニッケル、コバルト、又は鉄であってもよい少なくとも1つの強磁性材料を、基板内の三次元パターンに電着する方法を記載している。Moffatは、電極と対電極との間の電位を制御することについて記載しているが、浴添加剤の有効性を評価するいかなる方法も記載していない。 U.S. Patent Publication No. 2009/0188805 by Moffat et al., incorporated herein by reference in its entirety, the subject matter of which is the use of at least one ferromagnetic material in a substrate, which may be nickel, cobalt, or iron. This paper describes a method of electrodeposition in a three-dimensional pattern. Although Moffat describes controlling the potential between an electrode and a counter electrode, he does not describe any method for evaluating the effectiveness of bath additives.

Commanderらによる米国特許公開第2019/0010624号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、その主題は、サブミクロンサイズの電気相互配線特徴部を含む半導体ベース構造上にコバルトを電気析出させるための組成物及びこのような組成物を使用する方法を記載している。相互配線特徴部は、半導体ベース構造をコバルト電解組成物と接触させることによって金属化され、電流が電解組成物に供給されて、コバルトをベース構造上に析出させ、サブミクロンサイズの特徴部をコバルトで充填する。 US Pat. Compositions for and methods of using such compositions are described. The interconnect features are metallized by contacting the semiconductor-based structure with a cobalt electrolytic composition, and an electrical current is supplied to the electrolytic composition to deposit cobalt onto the base structure and decouple the submicron-sized features with cobalt. Fill with.

Josellらによる米国特許公開第2019/0093248号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、その主題は、超コンフォーマル析出された金で凹状特徴部を超コンフォーマル充填することについて記載している。しかしながら、Josellのプロセスは、コバルトめっき浴とは全く、金、銀、及び銅のいわゆる「貨幣金属」といった添加剤に関している。Josellは電気化学的測定を記載しているが、Josellは、特徴領域と基板の非特徴領域との間の過剰な厚さの変化を最小限に抑えることが望ましいとは言及しておらず、Josellは、種々の浴添加剤の有効性を評価する方法についても企図していない。 US Pat. ing. However, Josell's process involves additives such as the so-called "coin metals" of gold, silver, and copper, rather than cobalt plating baths. Although Josell describes electrochemical measurements, Josell does not mention that it is desirable to minimize excessive thickness changes between feature regions and non-feature regions of the substrate; Josell also does not contemplate how to evaluate the effectiveness of various bath additives.

したがって、コバルト電気めっき浴で使用するための浴添加剤を評価して望ましい結果を生成する方法を提供することが望ましいことが分かる。 It therefore proves desirable to provide a method for evaluating bath additives for use in cobalt electroplating baths to produce desirable results.

そのために、本発明の発明者らは、驚くべきことに、サイクリックボルタンメトリーを使用して、コバルト電気めっき組成物で使用するための添加剤を分析及び/又はスクリーニングし、好適な/所望の結果を生成することができる添加剤を決定し得ることを発見した。 To that end, the inventors of the present invention have surprisingly used cyclic voltammetry to analyze and/or screen additives for use in cobalt electroplating compositions and to obtain suitable/desired results. It has been discovered that it is possible to determine additives that can produce .

サイクリックボルタンメトリーを使用して、種々の条件下で電気化学的プロセスに関する定性的情報を研究し、システムの電子化学量論、分析物の拡散係数、及び識別ツールとして使用することができる正式な還元電位を決定し得る。更に、CVを使用して、電流対濃度の較正曲線を生成することによって、未知の溶液の濃度を決定し得る。 Cyclic voltammetry is used to study qualitative information about electrochemical processes under various conditions, elucidating the electronic stoichiometry of the system, analyte diffusion coefficients, and formal reductions that can be used as identification tools. potential can be determined. Additionally, CV may be used to determine the concentration of an unknown solution by generating a current versus concentration calibration curve.

サイクリックボルタンメトリー(CV)は、電子移動を伴う反応をプローブするために使用することができる動電位電気化学測定法である。サイクリックボルタンメトリー実験では、作用電極電位は、循環相における時間に対して直線的に傾斜している。初期順方向スキャン(t~t)の間、徐々に低減された電位が適用される。したがって、カソード電流は、少なくとも最初は、システム内に還元性分析物があると仮定して、この期間にわたって増加することになる。分析物の還元電位に達した後のある時点で、還元性分析物の濃度が減少するにつれてカソード電流が減少する。酸化還元結合が逆方向スキャン中に可逆的である場合(t~t)、還元された分析物は再酸化され始め、以前と逆極性の電流(アノード電流)を発生させる。酸化還元結合がより可逆的であることで、酸化ピークは還元ピークに似た形状になる。したがって、サイクリックボルタンメトリーは、酸化還元電位及び電気化学的反応速度に関する情報を提供し得る。 Cyclic voltammetry (CV) is a potentiodynamic electrochemical measurement method that can be used to probe reactions involving electron transfer. In cyclic voltammetry experiments, the working electrode potential is ramped linearly with time in the cyclic phase. During the initial forward scan (t 0 -t 1 ), a gradually reduced potential is applied. Therefore, the cathode current will increase over this period, assuming there is reducing analyte in the system, at least initially. At some point after the analyte reduction potential is reached, the cathodic current decreases as the concentration of reducing analyte decreases. If the redox bond is reversible during the reverse scan (t 1 -t 2 ), the reduced analyte begins to be reoxidized, generating a current of opposite polarity (anodic current) than before. The more reversible the redox bond, the more the oxidation peak has a shape similar to the reduction peak. Therefore, cyclic voltammetry can provide information regarding redox potential and electrochemical reaction rates.

これらの各段階の間の経時的な電圧変化速度は、実験のスキャン速度(V/秒)として知られている。電位は、作用電極と基準電極との間で測定され、電流は、作用電極と対電極との間で測定される。これらのデータは、加えられた電位(E、多くの場合、単に「電位」と称される)に対する電流(i)としてプロットされる。 The rate of voltage change over time during each of these steps is known as the experimental scan rate (V/sec). Potential is measured between the working and reference electrodes, and current is measured between the working and counter electrodes. These data are plotted as current (i) versus applied potential (E, often referred to simply as "potential").

CV実験で設定電位に達した後、作用電極の電位は反対方向に傾斜して初期電位に戻る。電位の傾斜のこれらのサイクルは、必要に応じて何度も繰り返されてもよい。 After reaching the set potential in a CV experiment, the potential of the working electrode is ramped in the opposite direction back to the initial potential. These cycles of potential ramps may be repeated as many times as desired.

本発明の目的は、過剰な厚さに対する滑らかなトポロジーを示すコバルト析出物を提供することである。 The aim of the present invention is to provide a cobalt precipitate exhibiting smooth topology against excessive thickness.

本発明の別の目的は、特徴領域と非特徴領域との間の過剰な厚さの変化を最小限に抑えることである。 Another object of the invention is to minimize excessive thickness changes between feature and non-feature regions.

本発明の別の目的は、空隙を含まないコバルト析出物を提供することである。 Another object of the invention is to provide a void-free cobalt deposit.

本発明の更に別の目的は、コバルト電気析出物中の不純物を最小限に抑えることである。 Yet another object of the present invention is to minimize impurities in cobalt electrodeposit.

本発明の更に別の目的は、コバルト電気めっき浴で使用するための種々の浴添加剤の有効性を評価するためのスクリーニング方法を提供することである。 Yet another object of the present invention is to provide a screening method for evaluating the effectiveness of various bath additives for use in cobalt electroplating baths.

そのために、一実施形態では、本発明は、一般に、基板の表面上の電気めっきされたコバルト析出物に関し、電気めっきされたコバルト析出物は、約200nm未満の基板の実質的に全表面にわたる厚さの差を示す。 To that end, in one embodiment, the present invention generally relates to an electroplated cobalt deposit on a surface of a substrate, wherein the electroplated cobalt deposit has a thickness over substantially the entire surface of the substrate of less than about 200 nm. Indicates the difference in strength.

別の実施形態では、本発明は、一般に、凹状特徴部及び非特徴領域を備える基板上にコバルトを電着する方法に関し、コバルト析出物は、約200nm未満の基板の実質的に全表面にわたる厚さの差を示し、本方法は、
a)電気めっきチャンバ内で基板を受容することと、
b)基板をコバルト電解液に浸漬させることであって、コバルト電解液が、
(1)コバルトイオン源と、
(2)ホウ酸と、
(3)pH調整剤と、
(4)有機添加剤であって、抑制剤を含む有機添加剤と、を含む、基板をコバルト電解液に浸漬させること、
c)凹状特徴部において、水平な、継ぎ目なしのボトムアップ充填を達成する条件下で、コバルトを特徴部中及び非特徴領域上に一定期間電気めっきすることと、非特徴領域上にめっきすることと、を含む。
In another embodiment, the present invention generally relates to a method of electrodepositing cobalt onto a substrate comprising recessed features and non-feature areas, wherein the cobalt deposit has a thickness over substantially the entire surface of the substrate of less than about 200 nm. This method shows the difference in
a) receiving a substrate within an electroplating chamber;
b) immersing the substrate in a cobalt electrolyte, the cobalt electrolyte comprising:
(1) A cobalt ion source,
(2) boric acid;
(3) a pH adjuster;
(4) immersing the substrate in a cobalt electrolyte, the organic additive comprising an inhibitor;
c) electroplating cobalt into the feature and onto the non-feature areas for a period of time and plating onto the non-feature areas under conditions that achieve horizontal, seamless bottom-up filling in the concave feature; and, including.

本発明による比較実施例1、実施例2、及び実施例3のサイクリックボルタンメトリー曲線を示す。3 shows cyclic voltammetry curves of Comparative Example 1, Example 2, and Example 3 according to the present invention.

比較実施例1に記載されるコバルト析出物の写真を示す。1 shows a photograph of cobalt precipitates described in Comparative Example 1.

実施例2に記載されるコバルト析出物の写真を示す。Figure 2 shows a photograph of the cobalt precipitate described in Example 2.

実施例3に記載のコバルト析出物の写真を示す。A photograph of the cobalt precipitate described in Example 3 is shown.

本明細書で使用する場合、「1つ(a)」、「1つ(an)」、及び「その(the)」とは、文脈がそうでない旨を明確に指示しない限り、単数及び複数の両方の指示対象を意味する。 As used herein, "a," "an," and "the" refer to the singular and plural unless the context clearly dictates otherwise. means both referents.

本明細書で使用する場合、用語「約」とは、パラメータ、量、持続時間などの測定可能な値を意味し、具体的に列挙された値の、及びその値からの、+/-15%以下の変動、好ましくは+/-10%以下の変動、より好ましくは+/-5%以下の変動、更により好ましくは+/-1%以下の変動、及び依然として更により好ましくは+/-0.1%以下の変動を、このような変動が本明細書に記載される本発明で実施するために適切である限り、含むことを意味する。更に、修飾語「約」が意味する値は、それ自体が本明細書に具体的に開示されていることも理解されたい。 As used herein, the term "about" means a measurable value, such as a parameter, amount, duration, etc., of +/-15 of and from the specifically recited value. % or less, preferably +/-10% or less, more preferably +/-5% or less, even more preferably +/-1% or less, and still even more preferably +/- Variations of 0.1% or less are meant to be included, so long as such variations are appropriate for practicing the invention described herein. Furthermore, it is to be understood that the values meant by the modifier "about" are themselves specifically disclosed herein.

本明細書で使用する場合、「下(beneath)」、「下方(below)」、「下側(lower)」、「上方(above)」、「上側(upper)」などのような空間的に相対的な用語は、図で示されるように、別の要素(複数可)又は特徴部(複数可)に対する1つの要素又は機構の関係を説明するための説明を容易にするために使用される。「前部(front)」及び「後部(back)」という用語は、限定することを意図するものではなく、適切な場合に交換可能であることが意図されていることが更に理解される。 As used herein, spatial terms such as "beneath", "below", "lower", "above", "upper", etc. Relative terminology is used to facilitate explanation to describe the relationship of one element or feature to another element or feature(s) as shown in the figures. . It is further understood that the terms "front" and "back" are not intended to be limiting, but are intended to be interchangeable where appropriate.

本明細書で使用する場合、用語「含む(comprises)」及び/又は「含む(comprising)」とは、記載された特徴、整数、工程、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を指定するが、1つ以上のその他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び/又はそれらの群の存在又は追加を除外しない。 As used herein, the terms "comprises" and/or "comprising" specify the presence of the described feature, integer, step, act, element, and/or component. but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, acts, elements, components, and/or groups thereof.

本明細書で使用するとき、特定の要素又は化合物に関し、「実質的に含まない」又は「本質的に含まない」とは、上記で定義されていない場合、所与の元素又は化合物が、浴分析のための金属めっきの当業者に周知である通常の分析手段によって検出されないことを意味する。このような方法としては、典型的には、原子吸光分光法、滴定法、UV-Vis分析法、二次イオン質量分析法、及びその他の一般的に利用可能な分析方法が挙げられる。 As used herein, "substantially free" or "essentially free" with respect to a particular element or compound means that the given element or compound is means not detected by conventional analytical means well known to those skilled in the art of metal plating for analysis. Such methods typically include atomic absorption spectroscopy, titration, UV-Vis spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and other commonly available analytical methods.

一実施形態では、本発明は、一般に、基板の表面上の電気めっきされたコバルト析出物に関し、電気めっきされたコバルト析出物は、約200nm未満の基板の実質的に全表面にわたる厚さの差を示す。 In one embodiment, the invention generally relates to an electroplated cobalt deposit on a surface of a substrate, wherein the electroplated cobalt deposit has a thickness difference over substantially the entire surface of the substrate of less than about 200 nm. shows.

別の実施形態では、本発明は、一般に、凹状特徴部及び非特徴領域を備える基板上にコバルトを電着する方法に関し、コバルト析出物は、約200nm未満の基板の実質的に全表面にわたる厚さの差を示し、本方法は、
a)電気めっきチャンバ内で基板を受容することと、
b)基板をコバルト電解液に浸漬させることであって、コバルト電解液が、
(1)コバルトイオン源と、
(2)ホウ酸と、
(3)pH調整剤と、
(4)有機添加剤であって、抑制剤を含む有機添加剤と、
(5)所望により、1つ以上の追加の浴添加剤、と、を含む、基板をコバルト電解液に浸漬させること、
c)凹状特徴部において、水平な、継ぎ目なしのボトムアップ充填を達成する条件下で、コバルトを特徴部中及び非特徴領域上に一定期間電気めっきすることと、非特徴領域上にめっきすることと、を含む。
In another embodiment, the present invention generally relates to a method of electrodepositing cobalt onto a substrate comprising recessed features and non-feature areas, wherein the cobalt deposit has a thickness over substantially the entire surface of the substrate of less than about 200 nm. This method shows the difference in
a) receiving a substrate within an electroplating chamber;
b) immersing the substrate in a cobalt electrolyte, the cobalt electrolyte comprising:
(1) A cobalt ion source,
(2) boric acid;
(3) a pH adjuster;
(4) an organic additive containing an inhibitor;
(5) immersing the substrate in a cobalt electrolyte, optionally including one or more additional bath additives;
c) electroplating cobalt into the feature and onto the non-feature areas for a period of time and plating onto the non-feature areas under conditions that achieve horizontal, seamless bottom-up filling in the concave feature; and, including.

コバルトイオン源は、硫酸コバルト、塩化コバルト、塩化スルファミド、及び前述のうちの1つ以上の組み合わせからなる群から選択されてもよい。一実施形態では、コバルトイオン源は、硫酸コバルト七水化物である。 The cobalt ion source may be selected from the group consisting of cobalt sulfate, cobalt chloride, sulfamide chloride, and combinations of one or more of the foregoing. In one embodiment, the cobalt ion source is cobalt sulfate heptahydrate.

好ましい実施形態では、コバルト電気めっき組成物は、その他の金属イオンを少なくとも実質的に含まないが、これは、その他の金属イオンの含有量が約1重量%未満、より好ましくは0.1重量%未満、最も好ましくは約0.01重量%未満であることを意味する。最も好ましくは、コバルト電気めっき組成物は、コバルトイオンを除く任意の金属イオンを含まない。 In preferred embodiments, the cobalt electroplating composition is at least substantially free of other metal ions, including less than about 1% by weight, more preferably 0.1% by weight of other metal ions. %, most preferably less than about 0.01% by weight. Most preferably, the cobalt electroplating composition is free of any metal ions other than cobalt ions.

その上、コバルト電気めっき組成物は、好ましくは、少なくとも実質的に銅イオンを含まない。非常に微量の銅汚染は回避することが困難であり得るが、浴の銅イオン含有量は、20ppb以下、例えば、0.1ppb~20ppbの範囲であることが特に好ましい。本明細書で定義される組成物では、「実質的に銅イオンを含まない」とは、溶液中に20ppb未満の銅イオンが存在することを意味する。 Moreover, the cobalt electroplating composition is preferably at least substantially free of copper ions. Although very trace copper contamination can be difficult to avoid, it is particularly preferred that the copper ion content of the bath is below 20 ppb, for example in the range 0.1 ppb to 20 ppb. For compositions defined herein, "substantially free of copper ions" means that less than 20 ppb copper ions are present in solution.

電気めっき溶液中のコバルトイオン濃度は、典型的には、約1~約50g/L、好ましくは約2~約25g/L、より好ましくは約2~約10g/L、より好ましくは約2~約5g/Lの範囲である。 The cobalt ion concentration in the electroplating solution typically ranges from about 1 to about 50 g/L, preferably from about 2 to about 25 g/L, more preferably from about 2 to about 10 g/L, and more preferably from about 2 to about 25 g/L. It is in the range of about 5 g/L.

電解コバルト組成物はまた、所望により、pHを安定化させるための緩衝剤を含むことが好ましい。1つの好ましい緩衝剤はホウ酸(HBO)であるが、このホウ酸は、約5~約50g/L、好ましくは約15~約40g/Lの濃度で組成物中に組み込まれ得る。組成物のpHは、好ましくは約0.5~約8の範囲内に維持される。一実施形態では、コバルト組成物のpHは、好ましくは、5未満、より好ましくは約1~約5の範囲、より好ましくは約2~約4.5の範囲、最も好ましくは約2.5~約4の範囲内に維持される。 Preferably, the electrolytic cobalt composition also optionally includes a buffer to stabilize the pH. One preferred buffering agent is boric acid (H 3 BO 3 ), which can be incorporated into the composition at a concentration of about 5 to about 50 g/L, preferably about 15 to about 40 g/L. . The pH of the composition is preferably maintained within the range of about 0.5 to about 8. In one embodiment, the pH of the cobalt composition is preferably less than 5, more preferably in the range of about 1 to about 5, more preferably in the range of about 2 to about 4.5, most preferably in the range of about 2.5 to about 5. It is maintained within a range of about 4.

組成物は、1つ以上の抑制化合物を含んでもよい。一実施形態では、1つ以上の抑制化合物は、本明細書に更に記載されるように、アセチレンアルコール化合物又はその誘導体を含む。抑制剤の濃度は、好ましくは約1~約500mg/L、より好ましくは約5~約200mg/L、最も好ましくは約1mg/L~約70mg/L、最も好ましくは約20~約50mg/Lである。 The composition may include one or more inhibitory compounds. In one embodiment, the one or more inhibitory compounds include an acetylene alcohol compound or derivative thereof, as further described herein. The concentration of the inhibitor is preferably from about 1 to about 500 mg/L, more preferably from about 5 to about 200 mg/L, most preferably from about 1 mg/L to about 70 mg/L, and most preferably from about 20 to about 50 mg/L. It is.

組成物はまた、所望により、好ましくはアミンポリオール化合物又はその誘導体を含む、1つ以上の均一性向上化合物を含んでもよい。好ましい均一性向上剤は、エトキシ化プロポキシ化トリイソプロパノールアミンである。一実施形態では、均一性向上剤は、約5000g/molの分子量を有する。その他の好ましい均一性向上化合物としては、エトキシ化プロポキシ化エチレンジアミン、エトキシ化プロポキシ化ジエチレントリアミン及びエトキシ化プロポキシ化トリエチレンテトラミンが挙げられる。使用される場合、均一性向上剤の濃度は、好ましくは約10~約4000mg/L、より好ましくは約100~約2000mg/L、最も好ましくは約250~約1000mg/Lである。 The composition may also optionally include one or more uniformity-enhancing compounds, preferably including amine polyol compounds or derivatives thereof. A preferred uniformity improver is ethoxylated propoxylated triisopropanolamine. In one embodiment, the uniformity enhancer has a molecular weight of about 5000 g/mol. Other preferred uniformity-enhancing compounds include ethoxylated propoxylated ethylenediamine, ethoxylated propoxylated diethylenetriamine, and ethoxylated propoxylated triethylenetetramine. If used, the concentration of the uniformity enhancer is preferably from about 10 to about 4000 mg/L, more preferably from about 100 to about 2000 mg/L, and most preferably from about 250 to about 1000 mg/L.

組成物はまた、所望により、1つ以上の脱分極化合物を含んでもよい。一実施形態では、1つ以上の脱分極化合物は、めっき電位を脱分極することができる終端不飽和化合物又はその誘導体を含む。一実施形態では、脱分極化合物は、ナトリウムプロパルギルスルホネート、アセチレンジカルボン酸、アクリル酸、プロピオール酸、ビニルホスホネート、及びこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。1つの好ましい脱分極化合物は、ナトリウムプロパルギルスルホネートである。使用される場合、脱分極化合物の濃度は、好ましくは約0.1~約5000mg/L、より好ましくは約10~約1000mg/L、最も好ましくは約100~約500mg/Lである。 The composition may also optionally include one or more depolarizing compounds. In one embodiment, the one or more depolarizing compounds include terminally unsaturated compounds or derivatives thereof that are capable of depolarizing the plating potential. In one embodiment, the depolarizing compound may be selected from the group consisting of sodium propargyl sulfonate, acetylene dicarboxylic acid, acrylic acid, propiolic acid, vinyl phosphonate, and mixtures thereof. One preferred depolarizing compound is sodium propargyl sulfonate. If used, the concentration of depolarizing compound is preferably about 0.1 to about 5000 mg/L, more preferably about 10 to about 1000 mg/L, and most preferably about 100 to about 500 mg/L.

一実施形態では、コバルト電解液組成物は、塩化物イオンを本質的に含まない。これは、塩化物含有量が約1ppm未満、より好ましくは0.1ppm未満であることを意味する。 In one embodiment, the cobalt electrolyte composition is essentially free of chloride ions. This means that the chloride content is less than about 1 ppm, more preferably less than 0.1 ppm.

電気めっき組成物は、コバルトイオン(Co2+)を金属コバルト(Co)に還元するのに有効な、任意の機能的濃度の還元剤を含まないことが好ましい。「機能的濃度」とは、電解電流が存在しない状況下でコバルトイオンを還元するのに有効であるか、又は電解場によって活性化されてコバルトイオンと反応するいずれかの還元剤の任意の濃度を意味する。 Preferably, the electroplating composition does not include any functional concentration of reducing agent effective to reduce cobalt ions (Co 2+ ) to metallic cobalt (Co 0 ). "Functional Concentration" means any concentration of a reducing agent that is either effective to reduce cobalt ions in the absence of an electrolytic current or that is activated by an electrolytic field to react with cobalt ions. means.

更に、電気めっき組成物は、好ましくは、少なくとも本質的に分散粒子を含まないが、これは、分散され、かつ金属電気めっきプロセスと負に干渉し得る、溶液中の肉眼で見える粒子状固形物がない、又は実質的にないことを意味する。 Furthermore, the electroplating composition is preferably at least essentially free of dispersed particles, which are macroscopic particulate solids in solution that are dispersed and can negatively interfere with the metal electroplating process. It means no or substantially no.

別の好ましい実施形態では、コバルト組成物はまた、所望により、しかし好ましくは、1種以上のレベラー、1種以上の促進剤、及び/又は1種以上の湿潤剤を含む。その他の好ましい実施形態では、コバルト組成物は、促進剤又は減極剤を含有しない、好ましくは少なくとも実質的に含まない。その他の好ましい実施形態では、コバルト組成物は、レベラーを含有しない、好ましくは少なくとも実質的に含まない。 In another preferred embodiment, the cobalt composition also optionally, but preferably, includes one or more levelers, one or more accelerators, and/or one or more wetting agents. In other preferred embodiments, the cobalt composition is free, preferably at least substantially free, of promoters or depolarizers. In other preferred embodiments, the cobalt composition is free, preferably at least substantially free, of leveler.

二価硫黄化合物がめっき浴から除去されると、コバルト析出物の硫黄含有量が低下し、化学的機械研磨及び回路性能に有益な効果がもたらされる。 When divalent sulfur compounds are removed from the plating bath, the sulfur content of the cobalt deposit is reduced, which has a beneficial effect on chemical mechanical polishing and circuit performance.

めっき溶液中の二価硫黄の濃度が1mg/L以下である場合、電解組成物は二価硫黄化合物を実質的に含まない。好ましくは、二価硫黄原子を含有する化合物の濃度は、0.1mg/L以下である。更により好ましくは、二価硫黄原子の濃度は、金属めっきの当業者に一般的な分析技術を使用する検出レベルより少ない。 When the concentration of divalent sulfur in the plating solution is 1 mg/L or less, the electrolytic composition is substantially free of divalent sulfur compounds. Preferably, the concentration of the compound containing divalent sulfur atoms is 0.1 mg/L or less. Even more preferably, the concentration of divalent sulfur atoms is below the level of detection using analytical techniques common to those skilled in the art of metal plating.

コバルト析出物中の内部応力を低減するために、電解組成物は、サッカリンなどの応力減少剤を含み得る。使用される場合、サッカリンは、電解組成物中に、約10~約300ppm、より好ましくは約100~約200ppmの濃度で存在する。 To reduce internal stress in the cobalt precipitate, the electrolytic composition may include a stress reducing agent such as saccharin. When used, saccharin is present in the electrolytic composition at a concentration of about 10 to about 300 ppm, more preferably about 100 to about 200 ppm.

めっき浴が本明細書に記載されるような抑制剤を含有し、所望により均一性向上剤を含有する場合、スーパーフィリングプロセスは、促進剤を必要とすることなく十分に進行する。本発明における抑制剤は、ボトムアップ充填を有効特徴部するために機に電流を流すのを助け、均一性向上添加剤は、析出物の均一性を向上するのに役立つ。組成物は、Co2+をCoに還元する還元剤、二価硫黄、銅イオン、ニッケルイオン、及び鉄イオンを実質的に含まない。 When the plating bath contains an inhibitor as described herein and optionally a uniformity enhancer, the superfilling process proceeds satisfactorily without the need for an accelerator. The suppressor in this invention helps drive current through the machine to make bottom-up filling an effective feature, and the uniformity-enhancing additive helps improve deposit uniformity. The composition is substantially free of reducing agents that reduce Co 2+ to Co 0 , divalent sulfur, copper ions, nickel ions, and iron ions.

特定の脱分極化合物は、本明細書に記載されるような抑制剤化合物と併せて機能し得ることもまた見出されている。これらの化合物は、相互配線特徴部を効率的にめっきするために、めっき電位を脱分極する。 It has also been discovered that certain depolarizing compounds can function in conjunction with suppressor compounds as described herein. These compounds depolarize the plating potential to efficiently plate interconnect features.

一実施形態では、抑制剤は、アセチレン抑制剤である。アセチレン抑制剤は、好ましくは、アルコキシル化プロパルギルアルコール又はプロパルギルアルコールと第2の成分との反応生成物を含む。好適なアセチレン抑制剤の例としては、アルコキシル化プロパルギルアルコール又はプロパルギルアルコールと、グリシドール、プロピレンオキシド、グリシドール及びプロピレンオキシド、又はプロピレングリコール及びグリシドールとの反応生成物が挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、アルコキシル化プロパルギルアルコールは、エトキシル化プロパルギルアルコールである。しかしながら、その他のアルコキシル化プロパルギルアルコールもまた、本明細書に記載される組成物に使用されることが企図される。本発明によるアセチレン抑制剤を調製するための開始剤及び反応種の実施例を、以下の表1に示す。
In one embodiment, the inhibitor is an acetylene inhibitor. The acetylene inhibitor preferably comprises an alkoxylated propargyl alcohol or a reaction product of propargyl alcohol and a second component. Examples of suitable acetylene inhibitors include, but are not limited to, alkoxylated propargyl alcohols or reaction products of propargyl alcohol with glycidol, propylene oxide, glycidol and propylene oxide, or propylene glycol and glycidol. In one embodiment, the alkoxylated propargyl alcohol is ethoxylated propargyl alcohol. However, other alkoxylated propargyl alcohols are also contemplated for use in the compositions described herein. Examples of initiators and reactive species for preparing acetylene inhibitors according to the invention are shown in Table 1 below.

一実施形態では、x及びyは、0~20、より好ましくは0~10である。別の好ましい実施形態では、x又はyのうちの1つは、少なくとも1である。好ましい比の実施例には以下が含まれるが、これらに限定されない。 In one embodiment, x and y are 0-20, more preferably 0-10. In another preferred embodiment, one of x or y is at least 1. Examples of preferred ratios include, but are not limited to:

xが0であり、yが1~3であり、 x is 0, y is 1 to 3,

yは0であり、xは1~7であり、 y is 0, x is 1 to 7,

xは1~4であり、yは1~4である。 x is 1-4 and y is 1-4.

xとyとのその他の比もまた当業者に周知であり、本発明において使用可能である。 Other ratios of x and y are also well known to those skilled in the art and can be used in the present invention.

表2は、本発明による、及び本明細書に記載される開始剤及び反応種を使用して配合された、好ましいアセチレン抑制剤のいくつかの実施例を示す。
Table 2 provides several examples of preferred acetylene inhibitors according to the present invention and formulated using the initiators and reactive species described herein.

一実施形態では、nは、0~20、より好ましくは0~10、最も好ましくは1~7である。 In one embodiment, n is 0-20, more preferably 0-10, most preferably 1-7.

本明細書に記載される電解組成物は、半導体ベース構造体Aのサブミクロン特徴部を充填するための方法で使用され得るが、サブミクロン電気相互配線特徴部は、底部、側壁、及び上部開口部を有する。サブミクロン特徴部は、コバルトの急速なボトムアップ析出によってスーパーフィルされるベース構造体内の空洞を備える。例えば金属シード層、好ましくはコバルト金属シード層の物理蒸着、又は薄い導電性ポリマー層の析出によって、サブミクロン特徴部の内部表面上に、種導電性層を含む金属化基板が形成される。金属化基板は、底部及び側壁に、典型的には、特徴部を取り囲む領域に適用される。特徴部内の金属化基板を電解組成物と接触させ、電流を電解組成物に供給して、サブミクロン特徴部を充填するコバルトの電着を引き起こす。抑制剤、任意の均一性向上剤、及び任意の脱分極化合物の共作用によって、垂直分極勾配は、水平方向の成長速度よりも大きい垂直方向の成長速度でのボトムアップ析出によって充填が生じる特徴部に形成され、空隙及びその他の欠陥を実質的に含まないコバルト相互配線が得られる。 The electrolytic compositions described herein can be used in a method for filling submicron features of semiconductor-based structures A, including submicron electrical interconnect features in the bottom, sidewalls, and top openings. has a department. The submicron features comprise cavities within the base structure that are superfilled by rapid bottom-up precipitation of cobalt. A metallized substrate containing a seed conductive layer is formed on the interior surface of the submicron feature, for example by physical vapor deposition of a metal seed layer, preferably a cobalt metal seed layer, or by deposition of a thin conductive polymer layer. A metallized substrate is applied to the bottom and sidewalls, typically in the area surrounding the feature. A metallized substrate within the feature is contacted with an electrolytic composition and an electrical current is applied to the electrolytic composition to cause electrodeposition of cobalt that fills the submicron feature. Through the joint action of the inhibitor, any uniformity enhancer, and any depolarizing compound, a vertical polarization gradient is created in features where filling occurs by bottom-up precipitation with vertical growth rates greater than horizontal growth rates. The resulting cobalt interconnect is substantially free of voids and other defects.

ボトムアップ充填は、トレンチのように、特徴部の底部から析出物が成長することを意味する。ボトムアップ充填は、V字形又はU字形に分類され得る。V字形のボトムアップは、尖った底部を有し、U字形のボトムアップは、より平坦な底部を有する。V字形のボトムアップ充填は継ぎ目を生成し得るため、U字形のボトムアップ充填が好ましい。共形充填は、析出物が側壁及び底部から特徴部の中心まで成長することを意味する。最も課題となる特徴は、通常、非常に大きいアスペクト比を有し(アスペクト比は幅に対する深さの比率である)、共形充填は、典型的には、このような特徴部の中心に継ぎ目を形成する。継ぎ目は、充填機構に応じて、曖昧になったりはっきりしたりし得る。しかしながら、アニーリング後、任意の継ぎ目は、継ぎ目空隙又は中央空隙を生じ得る。 Bottom-up filling means that the precipitate grows from the bottom of the feature, such as a trench. Bottom-up filling can be classified as V-shaped or U-shaped. A V-shaped bottom-up has a pointed bottom and a U-shaped bottom-up has a flatter bottom. U-shaped bottom-up filling is preferred because V-shaped bottom-up filling can create seams. Conformal packing means that the precipitate grows from the sidewalls and bottom to the center of the feature. The most challenging features usually have very large aspect ratios (aspect ratio is the ratio of depth to width), and conformal filling typically involves a seam in the center of such features. form. Seams can be fuzzy or sharp depending on the filling mechanism. However, after annealing, any seam can create a seam void or a center void.

「実質的に空隙を含まない」とは、めっきされた特徴部又は開口部の少なくとも95%が空隙を含まないことを意味する。好ましくは、めっきされた特徴部又は開口部の少なくとも98%が空隙を含まず、最も好ましくは、めっきされた特徴部又は開口部の全てが空隙を含まない。 "Substantially void-free" means that at least 95% of the plated features or openings are void-free. Preferably, at least 98% of the plated features or openings are void-free, and most preferably, all of the plated features or openings are void-free.

「実質的に継ぎ目なしの」とは、めっきされた特徴部又は開口部の少なくとも95%は継ぎ目がないことを意味する。好ましくは、めっきされた特徴部又は開口部の少なくとも98%は継ぎ目がなく、最も好ましくは、めっきされた特徴部又は開口部の全ては継ぎ目がない。 "Substantially seamless" means that at least 95% of the plated features or openings are seamless. Preferably, at least 98% of the plated features or openings are seamless, and most preferably all of the plated features or openings are seamless.

電着方法を実施するために、金属化基板と、アノードと、水性電解組成物と、アノードと電気的に導通している正端子及び金属化基板と電気的に導通している負端子と、を備える電源とを含む、電解回路が形成される。好ましくは、金属化基板は電解組成物に浸漬される。電解電流は、回路内の電源から電解組成物に供給され、それによって金属化基板上にコバルトを析出させる。 To carry out the electrodeposition method, a metallized substrate, an anode, an aqueous electrolytic composition, a positive terminal in electrical communication with the anode and a negative terminal in electrical communication with the metallized substrate; An electrolytic circuit is formed, including a power source comprising: Preferably, the metallized substrate is immersed in the electrolytic composition. Electrolytic current is supplied from a power source within the circuit to the electrolytic composition, thereby depositing cobalt on the metallized substrate.

電着プロセスは、好ましくは、約5℃~約80℃、より好ましくは約20℃~約50℃、最も好ましくは約室温の範囲の浴温度、及び約0.01~約20mA/cm、好ましくは約0.3~約10mA/cmの範囲の電流密度で実施される。所望により、電流はパルス化されてもよいが、これは、析出物の均一性の向上をもたらし得る。オン/オフパルス及び逆パルスが使用され得る。 The electrodeposition process preferably involves a bath temperature ranging from about 5°C to about 80°C, more preferably about 20°C to about 50°C, most preferably about room temperature, and about 0.01 to about 20 mA/cm 2 , Preferably it is carried out at a current density in the range of about 0.3 to about 10 mA/cm 2 . If desired, the current may be pulsed, which may result in improved uniformity of the deposit. On/off pulses and reverse pulses may be used.

典型的には、電気めっき浴は使用中に撹拌される。空気又は不活性ガスを用いたスパージング、加工物の撹拌、衝突捕集等を含む任意の好適な撹拌方法は、本明細書に記載されるプロセスと共に使用されてもよい。更に、加工物を電気めっき溶液中で回転させてもよい。あるいは、加工物を電気めっき溶液に浸漬する代わりに、ポンピング、噴霧、又は当業者に周知のその他の手段によって、加工物を電気めっき溶液と接触させてもよい。 Typically, electroplating baths are agitated during use. Any suitable agitation method may be used with the processes described herein, including sparging with air or inert gas, agitation of the workpiece, impingement collection, and the like. Additionally, the workpiece may be rotated in the electroplating solution. Alternatively, instead of immersing the workpiece in the electroplating solution, the workpiece may be contacted with the electroplating solution by pumping, spraying, or other means known to those skilled in the art.

本発明はまた、一般に、コバルト電気めっき組成物の浴添加剤の適合性を評価するためのスクリーニング方法に関する。 The present invention also generally relates to screening methods for evaluating the suitability of bath additives in cobalt electroplating compositions.

上述のように、粗い又は不均一な表面は、化学的機械研磨(CMP)による欠陥を引き起こす可能性があるため、過剰な厚さに対する滑らかなトポロジーを有することが重要である。更に、粗い又は不均一な表面は、特徴部と非特徴領域との間の過剰な(OB)厚さにおける違いによって特に問題となり得るが、これは通常、運動めっきに起因して予想される。過剰な厚さに関するこうした違いは、特徴部の密度に部分的に応じて更に強化され得る。 As mentioned above, it is important to have a smooth topology for excess thickness because rough or uneven surfaces can cause defects due to chemical mechanical polishing (CMP). Additionally, rough or uneven surfaces can be particularly problematic due to differences in over-the-board (OB) thickness between features and non-feature areas, which is typically expected due to dynamic plating. These differences in excess thickness may be further enhanced depending in part on the density of the features.

したがって、基板の特徴部と非特徴領域との間の過剰な厚さの変化を最小限に抑えて、コバルト析出物を生成する際のそれらの適合性を決定するために、潜在コバルト電気めっき組成物及びその内部に含まれる添加剤を評価するための信頼できるスクリーニング方法を有することが望ましいであろう。 Therefore, in order to minimize excessive thickness variations between feature and non-feature areas of the substrate to determine their suitability in producing cobalt deposits, latent cobalt electroplating compositions It would be desirable to have reliable screening methods for evaluating products and the additives contained therein.

本明細書に記載されるように、本発明の発明者らは、驚くべきことに、サイクリックボルタンメトリーを使用して、種々の浴添加剤を含有するコバルト電気めっき組成物を評価し得ることを発見した。本発明は、コバルト電気めっき組成物を評価するためのサイクリックボルタンメトリーを使用する電気化学的スクリーニング方法を企図する。 As described herein, the inventors of the present invention have surprisingly discovered that cyclic voltammetry can be used to evaluate cobalt electroplating compositions containing various bath additives. discovered. The present invention contemplates an electrochemical screening method using cyclic voltammetry to evaluate cobalt electroplating compositions.

サイクリックボルタンメトリーのスキャンでは、順方向スキャンは、めっきの非特徴領域を表し、後方向スキャンは、めっきの特徴領域を表す。順方向スキャンと後方向スキャンとの間の電位差は、本明細書では「ヒステリシスループ」と称される。より大きなヒステリシスループは、より大きな電位差を意味し、逆もまた同様である。更に、ヒステリシスループの寸法は、電流密度によって変化し得る。 In cyclic voltammetry scans, forward scans represent non-featured areas of the plating, and backward scans represent feature areas of the plating. The potential difference between the forward scan and the backward scan is referred to herein as a "hysteresis loop." A larger hysteresis loop means a larger potential difference and vice versa. Furthermore, the dimensions of the hysteresis loop can vary with current density.

本発明の発明者らは、高電流密度で小さなヒステリシスループを示すコバルト電気めっき組成物が、過剰な厚さのトポグラフィーに正の影響を及ぼすことを発見した。OBの高電流密度でのヒステリシスループは、一般に少なくとも約5mA/cmであり、OBトポロジーに悪影響を及ぼし得る。本発明の発明者らは、高電流密度及びOBトポロジーでヒステリシスループ間に明確な相関関係が存在することを発見した。より大きなヒステリシスループは、特徴部と非特徴領域との間のOB厚の差をもたらす可能性があり、これによりCMPに欠陥を引き起こす可能性があるため、CMPには好ましくないことが発見された。 The inventors of the present invention have discovered that cobalt electroplating compositions that exhibit small hysteresis loops at high current densities positively affect overthickness topography. Hysteresis loops at high current densities in OBs are generally at least about 5 mA/cm 2 and can adversely affect OB topology. The inventors of the present invention have discovered that a clear correlation exists between the hysteresis loops at high current densities and OB topologies. It was found that larger hysteresis loops are unfavorable for CMP as they can lead to differences in OB thickness between features and non-feature regions, which can cause defects in CMP. .

一実施形態では、高電流密度のヒステリシスループは、50mV未満、好ましくは40mV未満、より好ましくは30mV未満、より好ましくは20mV未満、最も好ましくは10mV未満である。高電流密度とは、少なくとも約5mA/cmの範囲、好ましくは約5~約10mA/cmの範囲、より好ましくは約7.5~約8.5mA/cmの範囲、最も好ましくは約8mA/cmの電流密度であることを意味する。一実施形態では、約8mA/cmの電流密度で、約50mV未満、好ましくは約40mV未満、より好ましくは約30mV未満のヒステリシスループが望ましい。 In one embodiment, the high current density hysteresis loop is less than 50 mV, preferably less than 40 mV, more preferably less than 30 mV, more preferably less than 20 mV, most preferably less than 10 mV. High current density refers to a range of at least about 5 mA/cm 2 , preferably a range of about 5 to about 10 mA/cm 2 , more preferably a range of about 7.5 to about 8.5 mA/cm 2 , most preferably a range of about This means a current density of 8 mA/cm 2 . In one embodiment, a hysteresis loop of less than about 50 mV, preferably less than about 40 mV, more preferably less than about 30 mV is desired at a current density of about 8 mA/ cm2 .

良好な間隙充填性能の化学的性質のほとんどは、低電流密度でヒステリシスループを有するが、より大きなヒステリシスループが間隙充填をより良好にすることができることとの明確な相関はないこともまた観察されている。 It was also observed that most of the chemistries for good gap filling performance have hysteresis loops at low current densities, but there is no clear correlation with larger hysteresis loops being able to provide better gap filling. ing.

特徴領域と非特徴領域との間の過剰な厚さの変化が非常に望ましい。一実施形態では、過剰な厚さの変化は、50nm未満、より好ましくは40nm未満、又は35nm未満、又は30nm未満、又は20nm未満、又は10nm未満であるように制御される。
めっき実験:
温度-室温
波形:
OCPに続き、完全なビア充填に必要な時間量については0.5~2mA/cmの勾配電流、次に、所望の過剰の厚さを得るために必要な時間については8mA/cmの勾配電流。
比較実施例1
Excessive thickness variation between feature and non-feature areas is highly desirable. In one embodiment, the excess thickness change is controlled to be less than 50 nm, more preferably less than 40 nm, or less than 35 nm, or less than 30 nm, or less than 20 nm, or less than 10 nm.
Plating experiment:
Temperature - room temperature waveform:
OCP was followed by a gradient current of 0.5-2 mA/ cm2 for the amount of time required for complete via filling, then 8 mA/ cm2 for the time required to obtain the desired excess thickness. Gradient current.
Comparative Example 1

2.95g/LのCo2+イオン、30g/Lのホウ酸、及びpHを2.75に調整するための硫酸を含む水性コバルト電気めっき浴を調製した。エトキシル化プロパルギルアルコール(40mg/L)及び約5000(50mg/L)のMWを有するアミンポリオールもまた、組成物に添加される。 An aqueous cobalt electroplating bath was prepared containing 2.95 g/L Co 2+ ions, 30 g/L boric acid, and sulfuric acid to adjust the pH to 2.75. Ethoxylated propargyl alcohol (40 mg/L) and an amine polyol with a MW of about 5000 (50 mg/L) are also added to the composition.

サブミクロン特徴部を有する基板を浴に入れ、0.5から8mA/cmに電気めっきして、過剰な負担により継ぎ目なしの充填を提供する。サイクリックボルタンメトリーのスキャンを、上記の波形を使用して実行して、ヒステリシスループを測定した。 Substrates with submicron features are placed in the bath and electroplated from 0.5 to 8 mA/cm 2 to provide seamless filling with overload. A cyclic voltammetry scan was performed using the above waveform to measure the hysteresis loop.

OB厚さの差(均一性)及びCVヒステリシスループ測定値を表3に記載し、フィルム不純物を表4に述べる。
実施例2
The OB thickness difference (uniformity) and CV hysteresis loop measurements are listed in Table 3, and the film impurities are listed in Table 4.
Example 2

2.95g/LのCo2+イオン、30g/Lのホウ酸、及びpHを2.75に調整するための硫酸を含む水性コバルト電気めっき浴を調製した。化合物I(表2、x=3.6を参照)を、240mg/Lの濃度で浴に添加した。 An aqueous cobalt electroplating bath was prepared containing 2.95 g/L Co 2+ ions, 30 g/L boric acid, and sulfuric acid to adjust the pH to 2.75. Compound I (see Table 2, x=3.6) was added to the bath at a concentration of 240 mg/L.

サブミクロン特徴部を有する基板を浴に入れ、0.5から8mA/cmに電気めっきして、過剰な負担により継ぎ目なしの充填を提供する。サイクリックボルタンメトリーのスキャンを、上記の波形を使用して実行して、ヒステリシスループを測定した。 Substrates with submicron features are placed in the bath and electroplated from 0.5 to 8 mA/cm 2 to provide seamless filling with overload. A cyclic voltammetry scan was performed using the above waveform to measure the hysteresis loop.

OB厚さの差(均一性)及びCVヒステリシスループ測定値を表3に記載し、フィルム不純物を表4に述べる。
実施例3
The OB thickness difference (uniformity) and CV hysteresis loop measurements are listed in Table 3, and the film impurities are listed in Table 4.
Example 3

2.95g/LのCo2+イオン、30g/Lのホウ酸、及びpHを2.75に調整するための硫酸を含む水性コバルト電気めっき浴を調製した。化合物III(表2、x=3.6、及びy=1を参照)を、240mg/Lの濃度で浴に添加した。 An aqueous cobalt electroplating bath was prepared containing 2.95 g/L Co 2+ ions, 30 g/L boric acid, and sulfuric acid to adjust the pH to 2.75. Compound III (see Table 2, x=3.6, and y=1) was added to the bath at a concentration of 240 mg/L.

サブミクロン特徴部を有する基板を浴に入れ、0.5から8mA/cmへと電気めっきして、過剰な負担により継ぎ目なしの充填を提供する。サイクリックボルタンメトリーのスキャンを、上記の波形を使用して実行して、ヒステリシスループを測定した。 Substrates with submicron features are placed in the bath and electroplated from 0.5 to 8 mA/cm 2 to provide seamless filling with overload. A cyclic voltammetry scan was performed using the above waveform to measure the hysteresis loop.

OB厚さの差(均一性)及びCVヒステリシスループ測定値を表3に記載し、フィルム不純物を表4に述べる。 The OB thickness difference (uniformity) and CV hysteresis loop measurements are listed in Table 3, and the film impurities are listed in Table 4.

図1は、比較実施例1、実施例2、及び実施例3について、100rpm、2mV/sで、OCPに対して+10mV~REに対して-2Vまでのサイクリックボルタンメトリー(CV)スキャンを示す。
FIG. 1 shows cyclic voltammetry (CV) scans from +10 mV vs. OCP to −2 V vs. RE for Comparative Example 1, Example 2, and Example 3 at 100 rpm and 2 mV/s.

図1に示すように、ヒステリシスループは、同じ電流密度での、順方向スキャンと後方向スキャンとの間の電位差である。低電流密度で、ヒステリシスループは、間隙充填能力を表し、高電流密度では、ヒステリシスループはOB ISO/密度の均一性性能を表す。図1のヒステリシスループ曲線を表3に述べる。2mA/cmは低電流密度を表し、8mA/cmは高電流密度を表すことに留意されたい。 As shown in FIG. 1, the hysteresis loop is the potential difference between forward scan and backward scan at the same current density. At low current densities, the hysteresis loop represents the gap filling ability, and at high current densities, the hysteresis loop represents the OB ISO/density uniformity performance. The hysteresis loop curve of FIG. 1 is described in Table 3. Note that 2 mA/ cm2 represents a low current density and 8 mA/ cm2 represents a high current density.

更に、表3において、最後の列は、本明細書に記載される内部試験構造を使用して、特徴部と非特徴領域との間のOB厚さの差を述べる。この内部試験構造は、「454」と称される。試験構造の特徴領域は、0.1μmの間隔を有する0.1μmの開口部のトレンチを有し、高密度特徴部と見なされる。非特徴領域は、特徴領域の隣の領域である。OB厚さの差は、OB ISO/密度の均一性性能を表し得る。より小さい差は、より良好なOB ISO/密度の均一性性能を意味する。表3では、比較実施例1が8mA/cmで大きなヒステリシスループを示し、8mA/cmで小さなヒステリシスループを有する実施例2及び実施例3よりも大きなOB厚さの差を有することが明らかである。 Additionally, in Table 3, the last column describes the difference in OB thickness between feature and non-feature regions using the internal test structure described herein. This internal test structure is designated as "454." The feature region of the test structure has 0.1 μm opening trenches with 0.1 μm spacing and is considered a dense feature. A non-feature area is an area adjacent to a feature area. The OB thickness difference may represent OB ISO/density uniformity performance. Smaller difference means better OB ISO/density uniformity performance. In Table 3, it is clear that Comparative Example 1 exhibits a large hysteresis loop at 8 mA/ cm2 and has a larger difference in OB thickness than Examples 2 and 3, which have a small hysteresis loop at 8 mA/ cm2 . It is.

低電流密度でのヒステリシスループは、間隙充填能力を表し得ると考えられている。言い換えれば、2つの化学的性質が低電流密度で同様のヒステリシスループを有する場合、これらは同様の間隙充填性能を送達することができるべきである。表3では、比較実施例1、実施例2、及び実施例3は全て、低電流密度2mA/cmで同様のヒステリシスループを有し、TEM又はSTEMにおいて同様の間隙充填性能を有することが明らかである。 It is believed that the hysteresis loop at low current densities may represent the gap filling ability. In other words, if two chemistries have similar hysteresis loops at low current densities, they should be able to deliver similar gap-filling performance. In Table 3, it is clear that Comparative Example 1, Example 2, and Example 3 all have similar hysteresis loops at low current density of 2 mA/ cm2 and similar gap filling performance in TEM or STEM. It is.

ヒステリシスループ理論の考え方は、低電流密度で大きなヒステリシスループ及び高電流密度で小さなヒステリシスループを有して、良好な間隙充填及びOB ISO/密度の均一性の両方を同時に達成し得る化学的性質を有することである。 The idea of hysteresis loop theory is to develop chemistries that have large hysteresis loops at low current densities and small hysteresis loops at high current densities to simultaneously achieve both good gap filling and OB ISO/density uniformity. It is to have.

表4は、SIMS(二次イオン質量分析)データを要約し、析出物中の不純物レベルを示す。本研究の目標は、可能な限り少量の不純物を達成することである。理想的には、VMSのみと同じであるか、又はそれ以下である。実施例2の固有の分子構造では、それは、その他の化学物質よりも不純物がはるかに少ない可能性があり、適切な間隙充填性能を依然として送達し得る。 Table 4 summarizes the SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) data and shows the impurity levels in the precipitate. The goal of this study is to achieve the lowest possible amount of impurities. Ideally, it would be the same as or less than VMS only. With the unique molecular structure of Example 2, it may have far fewer impurities than other chemicals and still deliver adequate gap-filling performance.

それに基づいて、8mA/cmでのヒステリシスループが小さいことが分かるが、ここで、OBはめっきされ、特徴部と非特徴領域との間のOB厚さの差が少なくなり得る。 Based on that, it can be seen that the hysteresis loop at 8 mA/ cm2 is small, where the OB is plated and the difference in OB thickness between the feature and non-feature areas can be small.

この観察は、理論によっても支持され得る。運動めっきは、特徴領域上で期待される。これは、特徴領域が非特徴領域よりも速い析出物成長率を有することを意味する。特徴領域表面に対する吸着されたアセチレン抑制剤はまた、より新しい析出物表面に起因して、非特徴領域未満であると予想される。順方向スキャン部分では、電位は低い方から高い方へとスキャンされ、逆方向スキャン部分では、電位は高い方から低い方へとスキャンされる。したがって、順方向スキャン中により新鮮な析出物表面が形成されると予想される。結果として、CVスキャンでは、順方向スキャンは、非特徴領域めっきを表し、後方向スキャンは、特徴領域めっきを表す。 This observation can also be supported by theory. Kinetic plating is expected on feature areas. This means that feature regions have a faster precipitate growth rate than non-feature regions. The adsorbed acetylene inhibitor on the feature area surface is also expected to be less than the non-feature area due to the fresher precipitate surface. In the forward scan portion, the potentials are scanned from low to high, and in the reverse scan portion, the potentials are scanned from high to low. Therefore, fresher precipitate surfaces are expected to form during the forward scan. As a result, in a CV scan, forward scans represent non-feature area plating and backward scans represent feature area plating.

CV曲線では、同様の電流密度で、順方向スキャンが後方向スキャンよりも陰極性である場合、これは、特徴領域よりも非特徴領域で成長するようにより多くのエネルギーがかかることを示す。言い換えれば、特徴領域上の析出物の成長が強化され、特徴部と非特徴領域との間の析出物の厚さの差を引き起こし得る。これは、OBがめっきされている電流密度でヒステリシスループを最小化するための基本的な理由であり、特徴領域と非特徴領域との間の析出物の厚さの差を低減するために重要である。 In a CV curve, if the forward scan is more cathodic than the backward scan at similar current density, this indicates that it takes more energy to grow in the non-feature region than in the feature region. In other words, the growth of precipitates on feature regions may be enhanced, causing a difference in precipitate thickness between features and non-feature regions. This is the fundamental reason to minimize the hysteresis loop at the current density at which the OB is plated, and is important to reduce the difference in deposit thickness between feature and non-feature areas. It is.

したがって、本明細書に記載される本発明は、半導体基板における相互配線特徴部のコバルト系金属化のための改善された方法及び組成物を提供することが分かる。更に、本明細書に記載される本発明は、所望の結果を達成するために好適な浴添加剤を評価及び識別するためのスクリーニング法を提供する。 Thus, it can be seen that the invention described herein provides improved methods and compositions for cobalt-based metallization of interconnect features in semiconductor substrates. Additionally, the invention described herein provides screening methods for evaluating and identifying suitable bath additives to achieve desired results.

最後に、以下の「特許請求の範囲」は、本明細書に記載される本発明の一般的な特徴及び具体的な特徴の全て、並びに言語の問題としてその間にあり得る本発明の範囲の全ての記述を網羅することを意図していることも理解されたい。
Finally, the following claims claim to cover all general and specific features of the invention described herein, as well as all the scope of the invention that may lie therebetween as a matter of language. It should also be understood that it is intended to cover the description of

Claims (19)

基板の表面上に電気めっきされたコバルト析出物であって、前記コバルト析出物は、サブミクロン凹状特徴部および非特徴領域を含み基板の表面上に電気めっきされており、前記コバルト析出物は、サブミクロン凹状特徴部中の水平で継ぎ目なしのボトムアップ充填及び非特徴領域上のめっきを示し、サブミクロン凹状特徴部と非特徴領域との間での過剰な厚さの変化は75nm未満であり
前記コバルト析出物が、5~10mA/cmの範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された50mV未満のヒステリシスループを示かつ、前記電気めっきされたコバルト析出物が、1~5mA/cm未満の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された90mV未満のヒステリシスループを示
前記電気めっきされたコバルト析出物が、
(1)コバルトイオン源と、
(2)ホウ酸と、
(3)pH調整剤と、
(4)有機添加剤であって、アルコキシル化プロパルギルアルコール又はプロパルギルアルコールと、第2の成分との反応生成物を含み、前記第2の成分が、グリシドール、プロピレンオキシド、グリシドール及びプロピレンオキシド、又はプロピレングリコール及びグリシドールである有機添加剤と、
を含むコバルト電解液に、前記基板を浸漬させることによって電気めっきされ、
前記コバルト電解液が、少なくとも実質的に促進剤を含まず、
前記コバルト電解液中の二価硫黄の濃度が1mg/L以下である、基板の表面上の電気めっきされたコバルト析出物。
a cobalt deposit electroplated on the surface of the substrate, the cobalt deposit electroplated on the surface of the substrate including submicron recessed features and non-feature areas, the cobalt deposit comprising: Showing horizontal, seamless bottom-up filling in submicron recessed features and plating on non-feature areas, with an excess thickness change of less than 75 nm between submicron recessed features and non-feature areas. ,
said electroplated cobalt deposit exhibits a hysteresis loop of less than 50 mV as measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at a current density in the range of 5 to 10 mA/cm 2 , and said electroplated cobalt deposit exhibits a hysteresis loop of less than 90 mV measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at current densities in the range of less than 1-5 mA/ cm2 ;
The electroplated cobalt deposit is
(1) A cobalt ion source,
(2) boric acid;
(3) a pH adjuster;
(4) An organic additive comprising a reaction product of alkoxylated propargyl alcohol or propargyl alcohol and a second component, wherein the second component is glycidol, propylene oxide, glycidol and propylene oxide, or propylene organic additives that are glycols and glycidol;
electroplating by immersing the substrate in a cobalt electrolyte containing;
the cobalt electrolyte is at least substantially free of accelerator;
An electroplated cobalt deposit on the surface of the substrate , wherein the concentration of divalent sulfur in the cobalt electrolyte is 1 mg/L or less .
前記電気めっきされたコバルト析出物のサブミクロン凹状特徴部と非特徴領域との間での過剰な厚さの変化が、50nm未満を示す、請求項1に記載の電気めっきされたコバルト析出物。The electroplated cobalt deposit of claim 1, wherein the excess thickness variation between submicron concave features and non-feature areas of the electroplated cobalt deposit exhibits less than 50 nm. 5~10mA/cm5-10mA/cm 2 の範囲の前記電流密度で、前記サイクリックボルタンメトリースキャンで前記動電位的に測定されたヒステリシスループが40mV未満である、請求項1に記載の電気めっきされたコバルト析出物。2. The electroplated cobalt deposit of claim 1, wherein the potentiodynamically measured hysteresis loop in the cyclic voltammetry scan is less than 40 mV at the current density in the range of . 前記ヒステリシスループが測定される前記電流密度が、7.5~8.5mA/cmThe current density at which the hysteresis loop is measured is 7.5 to 8.5 mA/cm. 2 の範囲である、又は前記ヒステリシスループが測定される前記電流密度が、8mA/cmor the current density at which the hysteresis loop is measured is 8 mA/cm 2 である、請求項1に記載の電気めっきされたコバルト析出物。The electroplated cobalt deposit of claim 1. 前記ヒステリシスループが測定される前記電流密度が、1.5~2.5mA/cmThe current density at which the hysteresis loop is measured is 1.5 to 2.5 mA/cm. 2 の範囲である、請求項1に記載の電気めっきされたコバルト析出物。2. The electroplated cobalt deposit of claim 1, wherein the electroplated cobalt deposit is in the range of . 前記コバルト析出物が、 The cobalt precipitate is
7.5~8.5mA/cm 7.5-8.5mA/cm 2 の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された50mV未満のヒステリシスループを示す、請求項5に記載の電気めっきされたコバルト析出物。6. The electroplated cobalt deposit of claim 5 exhibiting a hysteresis loop of less than 50 mV, measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan, at current densities in the range of .
前記サイクリックボルタンメトリースキャンにおいて、順方向スキャンが、非特徴領域めっきを表し、後方向スキャンが、前記コバルト析出物の特徴領域めっきを表す、請求項1に記載の電気めっきされたコバルト析出物。2. The electroplated cobalt deposit of claim 1, wherein in the cyclic voltammetry scan, forward scans represent non-feature area plating and backward scans represent feature area plating of the cobalt deposit. 前記コバルト電解液が、少なくとも実質的に減極剤を含まない、請求項7に記載の電気めっきされたコバルト析出物。8. The electroplated cobalt deposit of claim 7, wherein the cobalt electrolyte is at least substantially free of depolarizer. 基板上にコバルトを電着する方法であって、コバルト析出物が、サブミクロン凹状特徴部および非特徴領域を含み基板の表面上に電気めっきされ、前記コバルト析出物は、サブミクロン凹状特徴部中の水平で継ぎ目なしのボトムアップ充填及び非特徴領域上のめっきを示し、サブミクロン凹状特徴部と非特徴領域との間での過剰な厚さの変化は75nm未満であり、前記方法が、A method of electrodepositing cobalt on a substrate, wherein a cobalt deposit is electroplated onto a surface of the substrate including submicron recessed features and non-feature areas, the cobalt deposit comprising submicron recessed features and non-feature areas. horizontal, seamless bottom-up filling and plating on non-feature areas, wherein the excess thickness variation between the submicron concave features and the non-feature areas is less than 75 nm;
a)電気めっきチャンバ内で前記基板を受容することと、a) receiving the substrate in an electroplating chamber;
b)前記基板をコバルト電解液に浸漬させることであって、前記コバルト電解液が、b) immersing the substrate in a cobalt electrolyte, the cobalt electrolyte comprising:
(1)コバルトイオン源と、(1) A cobalt ion source,
(2)ホウ酸と、(2) boric acid;
(3)pH調整剤と、(3) a pH adjuster;
(4)有機添加剤であって、前記有機添加剤が抑制剤を含む、有機添加剤と、を含む、前記基板をコバルト電解液に浸漬させることと、(4) immersing the substrate in a cobalt electrolyte comprising an organic additive, the organic additive comprising an inhibitor;
c)前記サブミクロン凹状特徴部において、水平な、継ぎ目なしのボトムアップ充填を達成条件下で、コバルトを前記サブミクロン凹状特徴部中及び前記非特徴領域上に一定期間電気めっきすることと、前記非特徴領域上にめっきすることと、を含み、c) electroplating cobalt into the submicron recessed features and onto the non-feature areas for a period of time under conditions that achieve horizontal, seamless bottom-up filling in the submicron recessed features; plating on the non-feature area;
前記コバルト析出物が、5~10mA/cmThe cobalt precipitate is 5 to 10 mA/cm 2 の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された50mV未満のヒステリシスループを示し、かつ、前記電気めっきされたコバルト析出物が、1~5mA/cmand the electroplated cobalt deposit exhibits a hysteresis loop of less than 50 mV measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at a current density in the range of 1 to 5 mA/cm. 2 未満の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで90mV未満の動電位的に測定されたヒステリシスループを示す、方法。A method exhibiting a potentiodynamically measured hysteresis loop of less than 90 mV in a cyclic voltammetry scan at current densities in the range of less than 90 mV.
前記基板が、その上に配置されたコバルトシード層を有し、前記コバルトが、前記コバルトシード層上に電着される、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the substrate has a cobalt seed layer disposed thereon, and the cobalt is electrodeposited onto the cobalt seed layer. 電気めっきされたコバルト析出物のサブミクロン凹状特徴部と非特徴領域との間での過剰な厚さの変化が、50nm未満を示す、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the electroplated cobalt deposit exhibits an excess thickness change of less than 50 nm between submicron concave features and non-feature areas. 5~10mA/cm5-10mA/cm 2 の範囲の前記電流密度で、前記サイクリックボルタンメトリースキャンで前記動電位的に測定されたヒステリシスループが40mV未満である、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the potentiodynamically measured hysteresis loop in the cyclic voltammetry scan is less than 40 mV at the current density in the range of . 前記ヒステリシスループが測定される前記電流密度が、7.5~8.5mA/cmThe current density at which the hysteresis loop is measured is 7.5 to 8.5 mA/cm. 2 の範囲である、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein: 前記ヒステリシスループが測定される前記電流密度が、1.5~2.5mA/cmThe current density at which the hysteresis loop is measured is 1.5 to 2.5 mA/cm. 2 の範囲である、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein: 前記コバルト析出物が、7.5~8.5mA/cmThe cobalt precipitate is 7.5 to 8.5 mA/cm 2 の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された50mV未満のヒステリシスループを示す、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, which exhibits a hysteresis loop of less than 50 mV measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at current densities in the range of . 前記サイクリックボルタンメトリースキャンにおいて、順方向スキャンが、非特徴領域めっきを表し、後方向スキャンが、前記コバルト析出物の特徴領域めっきを表す、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein in the cyclic voltammetry scan, forward scans represent non-feature area plating and backward scans represent feature area plating of the cobalt precipitates. 前記コバルト電解液が、少なくとも実質的に促進剤を含まない、又は少なくとも実質的に減極剤を含まない、請求項9に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the cobalt electrolyte is at least substantially free of promoters or at least substantially free of depolarizers. 前記有機添加剤がアセチレン抑制剤を含み、前記アセチレン抑制剤が、アルコキシル化プロパルギルアルコール又はプロパルギルアルコールと、グリシドール、プロピレンオキシド、グリシドール及びプロピレンオキシド、又はプロピレングリコール及びグリシドールとの反応生成物を含む、請求項9に記載の方法。The organic additive comprises an acetylene inhibitor, and the acetylene inhibitor comprises an alkoxylated propargyl alcohol or a reaction product of propargyl alcohol with glycidol, propylene oxide, glycidol and propylene oxide, or propylene glycol and glycidol. The method according to item 9. 基板の表面上に電気めっきされたコバルト析出物の製造方法であって、前記コバルト析出物が、サブミクロン凹状特徴部および非特徴領域を含み基板の表面上に電気めっきされ、前記コバルト析出物は、サブミクロン凹状特徴部中の水平で継ぎ目なしのボトムアップ充填及び非特徴領域上のめっきを示し、サブミクロン凹状特徴部と非特徴領域との間での過剰な厚さの変化は75nm未満であり、A method of making a cobalt deposit electroplated on a surface of a substrate, the cobalt deposit comprising submicron recessed features and non-feature areas, the cobalt deposit comprising: , showing horizontal, seamless bottom-up filling in submicron concave features and plating on non-feature areas, with an excess thickness change of less than 75 nm between submicron concave features and non-feature areas. can be,
前記製造方法が、The manufacturing method includes:
(1)コバルトイオン源と、(1) A cobalt ion source,
(2)ホウ酸と、(2) boric acid;
(3)pH調整剤と、(3) a pH adjuster;
(4)有機添加剤であって、アルコキシル化プロパルギルアルコール又はプロパルギルアルコールと第2の成分との反応生成物を含み、前記第2の成分が、グリシドール、プロピレンオキシド、グリシドール及びプロピレンオキシド、又はプロピレングリコール及びグリシドールである有機添加剤と、(4) An organic additive comprising an alkoxylated propargyl alcohol or a reaction product of propargyl alcohol and a second component, wherein the second component is glycidol, propylene oxide, glycidol and propylene oxide, or propylene glycol. and an organic additive which is glycidol;
を含むコバルト電解液に、前記基板を浸漬させることによって電気めっきする工程を含み、electroplating by immersing the substrate in a cobalt electrolyte containing
前記コバルト電解液が、少なくとも実質的に促進剤を含まず、the cobalt electrolyte is at least substantially free of accelerator;
前記コバルト電解液中の二価硫黄の濃度が1mg/L以下であり、The concentration of divalent sulfur in the cobalt electrolyte is 1 mg/L or less,
前記コバルト析出物が、5~10mA/cmThe cobalt precipitate is 5 to 10 mA/cm 2 の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された50mV未満のヒステリシスループを示し、かつ、前記電気めっきされたコバルト析出物が、1~5mA/cmand the electroplated cobalt deposit exhibits a hysteresis loop of less than 50 mV measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at a current density in the range of 1 to 5 mA/cm. 2 未満の範囲の電流密度で、サイクリックボルタンメトリースキャンで動電位的に測定された90mV未満のヒステリシスループを示す、exhibiting a hysteresis loop of less than 90 mV measured potentiodynamically in a cyclic voltammetry scan at current densities in the range of less than
基板の表面上の電気めっきされたコバルト析出物の製造方法。A method for producing electroplated cobalt deposits on the surface of a substrate.
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